Badanie liczników asynchronicznych - Ćwiczenie 4 1. el ćwiczenia Zapoznanie się z podstawowymi strukturami liczników asynchronicznych szeregowych modulo N, zliczających w przód i w tył oraz zasadą ich działania. 2. Wykaz przyrządów zestaw laboratoryjny (generator przebiegu prostokątnego + zasilacz + częstościomierz), oscyloskop 2-kanałowy z pamięcią, komputer + drukarka. 3. Przedmiot badań uniwersalne płytki montażowe z układami scalonymi: UY 7400 (cztery dwuwejściowe bramki NAN) 1 szt. UY 7420 (dwie czterowejściowe bramki NAN) 1 szt. UY 7474 (dwa przerzutniki typu z wejściami do ustawiania i zerowania) 2 szt. UY 7476 (dwa przerzutniki typu z wejściami do ustawiania i zerowania) 2 szt. 4. Wprowadzenie teoretyczne Licznikiem nazywamy sekwencyjny układ cyfrowy służący do zliczania i pamiętania liczby impulsów podawanych w określonym przedziale czasu na jego wejście zliczające. Oprócz wejścia dla impulsów zliczanych, licznik ma zazwyczaj wejście ustawiające jego stan początkowy asynchronicznie względem impulsów zliczanych lub synchronicznie z nimi. Liczbę stanów przyjmowanych przez licznik w jednym cyklu nazywa się długością cyklu lub pojemnością licznika. ługość cyklu licznika zależy od liczby przerzutników wchodzących w skład licznika. eżeli licznik zawiera N przerzutników, to jego pojemność, zależna od sprzężeń logicznych między poszczególnymi przerzutnikami, zawierać się będzie w N przedziale P = <1, 2 >. W układach liczników najczęściej stosuje się przerzutniki i. W zależności od sposobu łączenia przerzutników otrzymujemy liczniki szeregowe (asynchroniczne) lub równoległe (synchroniczne). Liczniki szeregowe są prostsze w budowie od liczników równoległych, lecz szeregowe działanie przerzutników sprawia, że ustalenie się nowej liczby w liczniku następuje po czasie dłuższym niż w liczniku równoległym. zieje się tak dlatego, że zmiana stanu kolejnego przerzutnika odbywa się pod wpływem zmiany stanu przerzutnika poprzedniego. Najprostszym przykładem licznika szeregowego jest kaskada np. trzech szeregowo połączonych przerzutników typu, pokazana na rysunku 1a i pracująca zgodnie z przebiegami czasowymi z rysunku 1b. 1
a) A B Z b) A B ys.1. Licznik szeregowy zliczający w przód o pojemności 8 (modulo 8) a) schemat ideowy, b) przebiegi czasowe Zliczane impulsy są wprowadzone na wejście zegarowe (x) pierwszego przerzutnika. Wejścia zegarowe kolejnych przerzutników są zwarte z wyjściami poprzednich przerzutników. Podanie zera logicznego na wejścia zerujące () przerzutników (z=0) umożliwia asynchroniczne wyzerowanie licznika w dowolnej chwili, w czasie jego pracy. Licznik pokazany na rysunku 2 jest przykładem licznika szeregowego zliczającego w tył zmniejsza on swój stan wewnętrzny w takt zliczanych impulsów. A B Z ys.2. Licznik szeregowy zliczający w tył o pojemności 8 (modulo 8) Omówione układy wykorzystują swoją pełną pojemność. Istnieje możliwość zmiany tej pojemności (zmniejszenia) przez odpowiednie użycie wejść asynchronicznych (, ). Metoda projektowania takich liczników polega na określeniu kombinacji wartości wyjść przy której nastąpi wyzerowanie licznika lub ustawienie stanu wewnętrznego w czasie przerwy między kolejnymi impulsami zliczanymi. Zmiana pojemności licznika szeregowego może odbywać się w następujący sposób: 2
przez skrócenie cyklu pracy przy zerowym warunku początkowym, przez zmianę warunku początkowego, przez opuszczenie wybranych stanów wewnętrznych licznika (układ z tzw. przyspieszonym cyklem pracy). Najprostszym i najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest układ pierwszego typu. Załóżmy, że pojemność licznika P = 6 (modulo 6). o budowy tego układu należy użyć trzech przerzutników, a cykl pracy licznika szeregowego skrócić o dwa stany wewnętrzne. Po zliczeniu sześciu impulsów ma nastąpić powrót do warunku początkowego B A =000. Pracę takiego licznika można zilustrować następującą sekwencją (tablica stanów): x B A 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 0 1 0 0 Pozycja x oznacza numer kolejnego impulsu zliczanego. Po wprowadzeniu sześciu impulsów licznik zostaje wyzerowany, zanim pojawi się impuls siódmy. Wartości B =11 powinny wyzerować licznik. Licznik działający zgodnie z omówionym programem przedstawia rysunek 3. A B ys.3. Licznik szeregowy modulo 6, zliczający w przód ak widać, projektowanie tego typu liczników jest bardzo proste i polega na stosowaniu następujących zasad: dla zadanej pojemności P licznik zawiera n przerzutników przy warunku P 2 n, łączymy n przerzutników w kaskadę o pojemności 2 n, z ostatniej sekwencji stanów licznika odpowiadającej zadanej pojemności P tworzymy sygnał sprzężenia zwrotnego zerującego licznik. W układzie na rysunku 3, sygnały B =11 generują wartość zero na wyjściu bramki NAN. ygnał ten zeruje wszystkie przerzutniki przez wejście zerujące (). 3
5. Przebieg ćwiczenia: 5.1. Badanie licznika szeregowego modulo 16, zliczającego w przód, zbudowanego z przerzutników. a) wykorzystując płytki montażowe z dwoma układami UY7476 zbudować strukturę licznika wg schematu pokazanego na rysunku 4, o oscyloskopu 2-kanałowego z pamięcią (możliwość obserwacji 4 przebiegów równocześnie) A B ygnał z TTL zerowanie ys. 4. Licznik szeregowy modulo 16, zliczający w przód b) na wejście zegarowe pierwszego przerzutnika podłączyć sygnał w standardzie TTL z, c) przy pomocy oscyloskopu z pamięcią zaobserwować przebiegi napięć na wyjściach d) zarejestrować przebiegi na wyjściach wykorzystując do tego celu komputer z e) zapisać tabelę stanów logicznych dla badanego licznika. 5.2. Badanie licznika szeregowego modulo 16 zliczającego w tył, zbudowanego z przerzutników. a) wykorzystując płytki montażowe z dwoma układami UY7474 zbudować strukturę licznika wg schematu pokazanego na rysunku 5, o oscyloskopu 2-kanałowego z pamięcią (możliwość obserwacji 4 przebiegów równocześnie) ygnał z TTL A B zerowanie ys. 5. Licznik szeregowy modulo 16, zliczający w tył 4
b) na wejście zegarowe pierwszego przerzutnika podłączyć sygnał w standardzie TTL z, c) przy pomocy oscyloskopu z pamięcią zaobserwować przebiegi napięć na wyjściach d) zarejestrować przebiegi na wyjściach wykorzystując do tego celu komputer z e) zapisać tabelę stanów logicznych dla badanego licznika. 5.3. Badanie licznika szeregowego modulo N, zliczającego w przód, zbudowanego z przerzutników z wykorzystaniem wejść zerujących. a) dla zadanej ilości zliczanych impulsów N zaprojektować układ ograniczający ilość generowanych impulsów wykorzystując wejścia zerujące () przerzutników oraz bramki NAN, b) wykorzystując płytki montażowe z układami UY 7474 i UY 7400 (UY 7420) zbudować strukturę licznika wg schematu pokazanego na rysunku 6, ygnał z A B o oscyloskopu 2-kanałowego z pamięcią (możliwość obserwacji 4 przebiegów równocześnie) ys. 6. Licznik szeregowy modulo N, zliczający w przód, zbudowany z wykorzystaniem wejść zerujących () c) na wejście zegarowe pierwszego przerzutnika podłączyć sygnał w standardzie TTL z, d) przy pomocy oscyloskopu z pamięcią zaobserwować przebiegi napięć na wyjściach e) zarejestrować przebiegi na wyjściach wykorzystując do tego celu komputer z f) zapisać tabelę stanów logicznych dla badanego licznika, g) przy pomocy częstościomierza dokonać pomiaru częstotliwości sygnałów na wejściu zegarowym pierwszego przerzutnika oraz wyjściu ostatniego przerzutnika, h) powtórzyć punkty a) g) dla licznika zbudowanego z przerzutników (UY 7476). 6. prawozdanie z przebiegu ćwiczenia Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy przygotować sprawozdanie, które powinno zawierać: schemat ideowy, tabele stanów logicznych, przebiegi na wyjściach przerzutników dla badanych układów liczników oraz wnioski końcowe. 5